V zásadě je digitálně-analogová konverze opakem analogově-digitální konverze. Ve většině případů, pokud je analogově-digitální převodník (ADC) umístěn za DAC v komunikačním obvodu, je výstup digitálního signálu přesně stejný jako vstupní digitální signál. A ve většině případů, když je DAC umístěn za ADC, výstupní analogový signál je přesně stejný jako vstupní analogový signál.
Binární digitální pulsy mohou ukazovat dlouhou řadu 1s a 0s zcela samy o sobě, což pro lidské pozorovatele nemá žádný zřejmý význam. Ale když se DAC použije k dekódování binárního digitálního signálu, odhalí se bohatý význam výstupu. Tento výstup může být text, obrázky nebo mechanické akce.
DAC a ADC jsou velmi důležité v některých aplikacích, které zpracovávají digitální signály. Srozumitelnost nebo věrnost analogového signálu lze zlepšit použitím ADC k převodu analogového vstupního signálu do digitální formy a poté je digitální signál „vyčištěn“ a konečný digitální pulz je znovu převeden na analogový signál pomocí DAC .
Základní princip
Digitální veličina se skládá z číslic jedna po druhé a každá číslice představuje určitou mocninu. Například binární číslo 1001, váha nejvyššího bitu je 23=8, kód 1 na tomto bitu představuje hodnotu 1*23=8; váha nejnižšího bitu je 20=1, kód 1 na tomto bitu představuje hodnotu 1*20 =1; všechny ostatní číslice jsou 0, takže binární číslo 1001 se rovná desetinnému číslu 9.
Aby se digitální veličina změnila na analogovou veličinu, musí být každá číslice převedena na odpovídající analogovou veličinu podle hmotnosti a poté se analogové veličiny sečtou tak, aby celková získaná analogová veličina odpovídala daným datům.
Hlavní součástí D/A převodníku je síť odporových spínačů. Obvykle bity vstupního binárního čísla ovládají některé přepínače. Proporcionální proudy, tyto proudy se sčítají a převádějí operačními zesilovači na analogová napětí úměrná binárním číslům.
Princip D/A převodu je znázorněn na obrázku 5-1. Je to referenční napětí s dostatečnou přesností. Každá větev vstupní svorky roštového zesilovače odpovídá 0. a prvnímu z převáděných dat. 1 bit,..., n-1. bit. Spínač ve větvi se ovládá příslušnou číslicí. Pokud je číslice "1", je příslušný spínač sepnut; pokud je číslice "0", je příslušný spínač rozpojený. Odpory v každé vstupní větvi jsou R, 2R, 4R, ... Tyto odpory se nazývají váhové odpory. Převádějí digitální veličiny na elektrické analogové veličiny, to znamená, že převádějí binární číslicové veličiny na elektrické analogové veličiny úměrné jejich hodnotě.
Výkonnostní ukazatele
Rozlišení
Rozlišení označuje počet binárních číslic, které může D/A převodník převést. Čím více číslic, tím vyšší rozlišení. U D/A převodníku s rozlišením n bitů je vstupní signál, který lze rozlišit, 1/2n plného rozsahu.
Například: 8bitový D/A převodník, pokud je plný rozsah napětí 5V, minimální napětí, které lze vyřešit, je 5V/28≈20mV, 10bitový D/A převodník, pokud je napětí plné Pokud je rozsah 5V, minimální napětí, které lze rozlišit, je 5V/210≈5mV.
Doba konverze
Doba převodu se vztahuje k době potřebné pro D/A převodník z digitálního vstupu na stabilní výstup. Doba převodu se také nazývá skrytý čas nebo čas nastavení. Je-li výstupní analogovou veličinou napětí, je doba ustálení delší, zejména doba potřebná k výstupu operačního zesilovače. ts znázorněné na obrázku 5-2 je doba konverze.
Přesnost převodu
Přesnost převodu se vztahuje k chybě mezi skutečným výkonem D/A převodníku a teoretickou hodnotou. Přesnost převodu lze rozdělit na absolutní přesnost a relativní přesnost.
(1) Absolutní přesnost se vztahuje k rozdílu mezi skutečnou naměřenou hodnotou analogového výstupu (proud nebo napětí) na výstupní svorce D/A převodníku a teoretickou hodnotou odpovídající dané digitální veličině. Absolutní přesnost je určena komplexními faktory, jako je chyba zisku, chyba linearity a šum D/A převodu.
(2) Relativní přesnost se týká rozdílu mezi analogovým výstupem různých digitálních vstupů a teoretickou hodnotou po kalibraci nulového bodu a hodnoty plného rozsahu, přičemž chyba různých vstupů může být zakreslena do křivky. Pro lineární D/A převod je relativní přesnost nelinearita.
Přesnost obecně používá jako jednotku měření nejméně významnou číslici digitální veličiny, která se obecně považuje za ± 1/2 LSB. Pokud se jedná například o 8bitový D/A převodník, přesnost převodu je ±(1/2)*(1/256) = ±1/512.
Lineární chyba
Lineární chyba se používá k popisu stupně změny elektrického analogového výstupu D/A převodního výstupu podle proporcionálního vztahu, když se mění digitální veličina. Maximální odchylka analogového výstupu od ideálního výstupu se nazývá chyba linearity.
Teplotní koeficient
Teplotní koeficient se vztahuje ke změně parametrů, jako je zisk, linearita, nulový bod a offset pro každou změnu teploty o 1 °C ve specifikovaném rozsahu. Teplotní koeficient přímo ovlivňuje přesnost převodu.
Klasifikace
Existuje mnoho typů integrovaných D/A převodníků a existuje několik metod klasifikace:
1) Podle jejich převodních metod je lze rozdělit na paralelní a sériové;
2) Podle výrobního procesu lze rozdělit na bipolární typ (typ TTL) a typ CMOS atd., jejich přesnost a rychlost jsou různé;
3) Podle rozlišení lze rozdělit na 8bitové, 10bitové, 12bitové, 16bitové atd.;
4) Podle výstupního režimu jej lze rozdělit na dva typy: typ napěťového výstupu a typ proudového výstupu.
Základní obvod
Rezistorová síť typu T
Obrázek 9-3 je schematický diagram 4bitového D/A převodníku s odporovou sítí typu T. Síť pro dekódování odporu na obrázku 9-3 je odporová síť typu T složená ze dvou odporů, R a 2R, a operační zesilovač tvoří napěťový sledovač. Na obrázku 9-3 jsou vynechány datová západka a elektronické spínače S3 a S2. , S1, S0 jsou pod kontrolou odpovídajícího bitu binárního čísla D nebo jsou připojeny k referenčnímu napětí VR (odpovídající bit je 1) nebo uzemněny (odpovídající bit je 0). Když jsou všechny elektronické spínače S3, S2, S1 a S0 uzemněny, ekvivalentní odpor pozorovaný z libovolného uzlu a, b, c, d vlevo dole se rovná R.
Následující používá princip superpozice a Theveninův teorém k nalezení výstupu U0 převodníku.
Když D0 působí samostatně, odporová síť typu T je znázorněna na obrázku 9-4 (a). Spodní levá část bodu a je ekvivalentní napájecímu zdroji Thevenin, jak je znázorněno na obrázku 9-4 (b); pak levé spodní obvody bodů b, c a d jsou ekvivalentní napájecímu zdroji Thevenin, v tomto pořadí, jak je znázorněno na obrázku 9 - obrázky (c), (d) a (e) na obrázku 4. Protože vstupní odpor napěťového sledovače je velmi velký, mnohem větší než R, takže když D0 působí samostatně, potenciál v bodě d je téměř napětí naprázdno D0VR/16 napájecího zdroje Thevenin a výstup převodníku je v tomto okamžiku
< /p>
When D1 acts alone, the Rezistorová síť typu T is shown in Figure 9-5 (a), and the Thevenin of the lower left circuit at point d is equivalent to Figure 9-5 (b) Shown. Similarly, the Thevenin equivalent power supply of the lower left circuit at point d when D2 is acting alone is shown in Figure 9-5 (c); when D3 is acting alone, the Thevenin equivalent power supply of the lower left circuit at point d is shown in Figure 9-5. Figure (d) shows. Therefore, when D1, D2, and D3 are acting separately, the output of the converter is >
Je vidět, že výstupní analogové napětí je úměrné digitálnímu vstupu. Zobecněno na n-bit, výstup D/A převodníku je
Vzhledem k tomu, že síť rezistorů typu T používá pouze rezistory R a 2R, lze její přesnost snadno zlepšit. Je také snadné vyrobit integrované obvody. Rezistorová síť typu T má však také následující nedostatky: V pracovním procesu je síť typu T ekvivalentní přenosové lince. Od počátku odporu do ustavení stabilního proudu a napětí na vstupu operačního zesilovače trvá určitý přenosový čas. Když je na vstupu digitální signál Když je počet číslic velký, ovlivní to pracovní rychlost D/A převodníku. Navíc odporová síť použitá jako zatěžovací odpor referenčního napětí VR převodníku bude kolísat s rozdílem binárního čísla D a může být ovlivněna stabilita referenčního napětí. V praxi se tedy běžně používají následující invertní D/A převodníky typu T.
Invertovaná T odporová síť
Obrázek 9-6 je schematický diagram invertovaného T rezistorového síťového D/A převodníku. Protože bod P je uzemněn a bod N je virtuální zem, bez ohledu na to, zda jsou čísla D0, D1, D2 a D3 0 nebo 1, elektronické spínače S0, S1, S2 a S3 jsou ekvivalentní uzemnění. Proto se velikosti větví proudů I0, I1, I2, I3 a IR na obrázku 9-6 nezmění kvůli rozdílu v binárních číslech. Navíc ekvivalentní odpor při pohledu z levé horní části libovolného uzlu a, b, C, d je roven R, takže celkový proud tekoucí z VR je
a tekoucí do každé 2R větve Proud obvodu je následující
Proud tekoucí do invertující svorky operačního zesilovače je
p>Výstupní napětí operačního zesilovače je
Pokud je Rf=R a IR=VR/R substituováno ve výše uvedeném vzorci, existuje
Je vidět, že výstupní analogové napětí je úměrné digitálnímu vstupu. Zobecněno na n-bit, výstup D/A převodníku je
Síť invertovaného odporu typu T také používá pouze odpory R a 2R, ale není to stejné jako odpor typu T. Ve srovnání s odporovou sítí, protože proud každé větve je vždy přítomen a konstantní, neexistuje žádný přenosový čas pro proud každé větve na invertující vstup operačního zesilovače, takže má vyšší rychlost konverze.